Chip silikon menciptakan 64 rangkaian DNA secara paralel menggunakan arus listrik dan air
Para peneliti di Universitas Harvard telah mengembangkan chip semikonduktor yang dapat mensintesis 64 rangkaian DNA berbeda secara paralel menggunakan arus listrik dan proses enzimatik berbasis air, yang berpotensi menawarkan alternatif terhadap metode pembuatan DNA konvensional. Chip tersebut menggunakan kontrol listrik lokal untuk memicu sintesis DNA di lokasi tertentu di permukaannya. Tim mengatakan pendekatan ini menghindari bahan kimia fosforamidit yang banyak mengandung pelarut yang banyak digunakan untuk memproduksi DNA sintetik saat ini. DNA sintetik adalah alat utama dalam bioteknologi modern, yang mendukung aplikasi mulai dari diagnostik dan rekayasa genom hingga penelitian kanker. Meskipun sintesis DNA enzimatik telah muncul sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan, sintesis tersebut masih kesulitan untuk menandingi skala metode konvensional. Menurut para peneliti, pendekatan enzimatik sejauh ini terbatas pada menghasilkan sekitar selusin rangkaian DNA secara bersamaan. Dalam studi baru, chip tersebut menghasilkan 64 rangkaian DNA berbeda secara paralel, dengan setiap rangkaian panjangnya mencapai 39 nukleotida. Listrik memandu DNA Sintesis DNA terjadi satu nukleotida pada satu waktu. Setelah setiap penambahan, gugus pemblokiran sementara harus dihilangkan sebelum nukleotida berikutnya dapat menempel. Untuk mengontrol proses ini, tim Harvard merancang sebuah chip dengan 64 situs sintesis. Setiap situs berisi dua elektroda cincin konsentris yang mengelilingi untaian DNA yang berlabuh di tengahnya. Ketika diaktifkan, elektroda bagian dalam menghasilkan proton yang menurunkan pH di sekitar untai DNA yang dipilih. Lingkungan asam ini memungkinkan pertumbuhan DNA enzimatik. Pada saat yang sama, elektroda luar mengkonsumsi proton yang menyebar, mencegah wilayah pH rendah menyebar ke lokasi tetangga. Dengan mengulangi proses ini di lokasi yang dipilih selama setiap siklus sintesis, chip tersebut dapat membangun banyak rangkaian DNA berbeda secara bersamaan. Pekerjaan ini dibangun di atas platform semikonduktor yang awalnya dikembangkan untuk aplikasi ilmu saraf. “Fitur yang menentukan dari chip ini adalah injeksi arus presisi, yang kami gunakan untuk permeabilisasi membran saraf untuk akses intraseluler,” kata Donhee Ham, Profesor Teknik dan Sains Terapan John A. dan Elizabeth S. Armstrong di Harvard. “Pada titik tertentu, kami bertanya-tanya apakah kontrol arus yang sama dapat dialihkan dari sel ke molekul – menggantikan elektroda yang menghadap neuron dengan pasangan cincin-elektroda yang dapat melokalisasi pH untuk sintesis DNA. Hal ini berhasil.” Potensi penyimpanan data Selain aplikasi biologis, para peneliti mengeksplorasi apakah teknologi ini dapat mendukung penyimpanan data berbasis DNA. Dengan menggunakan 64 urutan DNA yang disintesis, tim mengkodekan pesan teks berukuran 169 byte, menunjukkan potensi platform untuk menyimpan informasi digital dalam molekul DNA. Para peneliti yakin pendekatan sintesis berbasis air bisa menjadi semakin penting jika produksi DNA meningkat secara dramatis di masa depan. “Penyimpanan data DNA meminta sintesis DNA untuk beroperasi pada skala yang jauh melampaui kebutuhan saat ini,” kata Woo-Bin Jung, salah satu penulis pertama studi tersebut. “Itulah mengapa sintesis enzimatik dalam air menjadi penting. Jika lebih dari 64 rangkaian dapat disintesis secara paralel, hal ini dapat menawarkan jalur ramah lingkungan menuju penulisan DNA dalam skala yang sangat besar.” Tim juga berupaya meningkatkan kepadatan situs sintesis pada chip tersebut. Meskipun percobaan tersebut gagal, mereka mengungkapkan bahwa keterbatasan utama berasal dari bahan kimia yang digunakan untuk menghilangkan kelompok pemblokiran, bukan dari arsitektur elektronik chip. “Chip ini melakukan apa yang kami minta: melokalisasi pH rendah di lokasi tertentu,” kata Han Sae Jung, salah satu penulis pertama studi tersebut. “Batasan ini berasal dari bahan kimia deproteksi, bukan dari silikon.” Studi ini dipublikasikan di Nature Electronics.
Diterbitkan : 2026-06-17 23:58:00
sumber : interestingengineering.com
